1.3. Круговорот воды в природе

Между водными объектами гидросферы —океанами, морями, реками, озерами, болотными и подземными водами земной коры — осуществляется непрерывный водообмен, благодаря которому ут­рачивается дискретный характер гидросферы. Круговорот воды связывает воедино все воды Земли (см. форзац 1). Механизм кру­говорота действует повсеместно и непрерывно. Энергетической ос­новой его являются тепловая энергия Солнца и гравитационная энергия. Влияние тепла обусловливает испарение, конденсацию во­дяных паров и другие процессы, под действием силы тяжести про­исходит выпадение дождей, течение рек, движение почвенных и подземных вод.

Под действием солнечной радиации с поверхности Мирового океана испаряется 505 тыс. км³ воды в год, а с суши — 72 тыс. км³ воды; всего с поверхности Земного шара в среднем испаряется 577 тыс. км³ воды за год.

Вода, испарившаяся с поверхности океанов, большей частью конденсируется и возвращается в виде атмосферных осадков не­посредственно в океан, совершая так называемый малый или океа­нический круговорот. Меньшая ее доля переносится воздушными течениями на сушу, принимая участие в большом или мировом кру­говороте. Большой круговорот представляет собой процесс переме­щения, расходования и возобновления влаги на земной поверхно­сти, в недрах Земли и атмосфере.

Атмосферные осадки, выпавшие на сушу, частично просачива­ются в почву, образуя грунтовые воды, частично стекают по земной поверхности, образуя ручьи, реки, озера, болота, а остальная часть снова испаряется. Из этого общего круговорота может быть выде­лен местный или внутриматериковый круговорот. Влага, поступив­шая в атмосферу в результате испарения с поверхности суши и во­доемов, дополняет то количество ее, которое поступает с,океана. Воздушными течениями она переносится в глубь материка и, вы­падая в виде дождя и снега, орошает территории, более или менее отдаленные от океана. Выпавшие осадки вновь испаряются, проса­чиваются в почву, стекают по земной поверхности. Таким образом, в процессе внутриматерикового круговорота влага, принесенная с океанов и морей, делает несколько оборотов в пределах материка, прежде чем попасть в реки и стечь в Мировой океан, т. е. завер­шить большой круговорот воды в природе.

Часть вод объемом порядка 7,7 тыс. км³, стекающих по земной поверхности, не попадает в океаны и моря. Замкнутые пространст­ва, не имеющие связи с океаном, сток с которых не достигает океа­на, называют бессточными (по отношению к океану) или областями внутреннего стока. Воды этих областей расходуются на испарение либо по пути стока, либо с поверхности конечных замкнутых водое­мов, куда они стекают.

23

Такая краткая характеристика является весьма схематизиро­ванной ввиду значительной сложности реального явления кругово­рота воды в природе, так как не раскрывает многие явления и процессы, связанные с круговоротом воды.

В истории и современном состоянии развития представлений о круговороте воды значительное место занимают работы советского гидролога М. И. Львовича, который выделяет в круговороте воды следующие основные звенья: атмосферное, океаническое и матери­ковое, включающее литогенное*, почвенное, речное, озерное, лед­никовое, биологическое и хозяйственное. Каждому звену присуща своя особая роль. Ни одно из них не существует обособленно, все они находятся в постоянном взаимодействии. Замкнутая система круговорота воды может быть отнесена лишь к Земному шару в целом, если не учитывать процессы диссоциации молекул воды в атмосфере и удаления атомов водорода в космос.

Для характеристики продолжительности смены всего объема во­ды составляющих звеньев в процессе круговорота М. И. Львовичем введено понятие «активности водообмена».

В атмосферном звене совершается перенос влаги в процессе ат­мосферной циркуляции воздуха и образование атмосферных осад­ков. Испарившаяся с поверхности океана вода объемом 47 тыс. км³ переносится на сушу и участвует в формировании водных ресурсов материков. Этот объем соответствует стоку речных и подземных вод суши в океан, причем на долю речного стока приходится около 45 тыс. км³, на долю стока подземных вод, не дренируемых река­ми,— около 2 тыс. км³.

Единовременный запас влаги в атмосфере равен 14 тыс. км⁵. Объем осадков, выпадающих на поверхность Земли за год (365 дней), в целом составляет 577 млн. км³, т. е. превышает запас вла­ги в атмосфере в 41 раз. Таким образом, влага атмосферы возоб­новляется примерно каждые 9 сут.

Океаническое звено характеризуется непрерывным восстанов­лением запасов влаги в атмосфере путем испарения. За счет испа­рения с поверхности океана в атмосферу поступает более 86% об­щего количества испарившейся влаги и менее 14% за счет испаре­ния с суши. Разделив объем вод океана (1338,5 млн. м³) на величину ежегодного испарения с поверхности Мирового океана (505 тыс. км³), получим продолжительность смены воды океана в процессе круговорота примерно через 2700 лет.

Значительным разнообразием по активности участия его вод в процессе круговорота отличается материковое звено.

Литогенное звено круговорота выражается в участии подземных вод, которое весьма различно по степени подвижности воды. Глу­бинные подземные воды, главным образом рассолы (глубина более 2000 м), практически стабильны. По данным Г. П. Калинина, пе­риод их возобновления достигает нескольких миллионов лет. Пери-

* Литогенез — совокупность процессов образования осадочных пород.

24

од возобновления свободных подземных вод земной коры до уровня 2000 м составляет 1400 лет.

Подземные воды, залегающие вблизи земной поверхности до уровня дренирования речной сетью, являются источником питания рек. Продолжительность их обмена колеблется от месяца до не­скольких лет.

Личогенное звено включает и почвешкте, в котором осуществ­ляется обмен влагой как с атмосферой, реками и озерами, так и с нижележащими грунтовыми водами. Возобновление и расходование запасов почвенных вод происходит примерно в течение года.

Речное звено круговорота имеет особенное значение. По речным руслам возвращается в океан большая часть воды, которая посту­пила на сушу в процессе круговорота. Единовременные объемы во­ды, содержащейся в руслах рек, возобновляются, по данным раз­ных авторов, за 12...25 сут. В реках с проточными озерами интен­сивность водообмена замедляется до трех лет.

Время возобновления запасов воды в озерах колеблется от года для малых озер в засушливых областях до нескольких лет для боль­ших озер со слабой проточностью. Незначительна и степень подвиж­ности воды в болотах, расходующих запасы влаги в основном на испарение с водной поверхности, транспирацию (испарение) болот­ной растительностью и небольшими объемами на фильтрацию в русла рек.

Большие массы воды законсервированы в ледниках. В результа­те медленного движения льда период возобновления запасов воды в ледниках, по данным разных авторов [3], колеблется от 1600 до 15000 лет.

Самой активной формой водообмена обладают воды, входящие в состав живых организмов, которые возобновляются в течение не­скольких часов. Биологическая вода расходуется на траспирацию и фотосинтез. По М. И. Львовичу, на транспирацию приходится 40% суммарного испарения со всей суши и 7% испарения с поверх­ности Земли.

Хозяйственное звено круговорота, заключающееся в использо­вании водных ресурсов Земли, их преобразование занимают осо­бое место (см. гл. 7).